化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

1下册第一章蒸馏1.苯酚(C6H5OH)(A)和对甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的饱和蒸气压数据为温度T℃苯酚蒸气压0ApkPa对甲酚蒸气压0BpkPa温度t℃苯酚蒸气压0ApkPa对甲酚蒸气压0BpkPa113.7114.6115.4116.3117.010.010.410.811.1911.587.707.948.28.58.76117.8118.6119.4120.011.9912.4312.8513.269.069.399.7010.0试按总压P=75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y”数据,此物系为理想体系。解：总压P=75mmHg=10kp。由拉乌尔定律得出0ApxA＋0BpxB=P所以xA=000BABpppp；yA=ppA0000BABpppp。因此所求得的t-x-y数据如下：t,℃xy113.711114.60.8370.871115.40.6920.748117.00.4400.509117.80.3210.385118.60.2010.249119.40.0950.122120.000.2.承接第一题，利用各组数据计算（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i,取各i的算术平均值为，算出对i的最大相对误差。（2）以平均作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x”关系,算出由此法得出的各组yi值的最大相对误差。解：（1）对理想物系，有＝00BApp。所以可得出2t,℃113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.0i1.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326算术平均值=9i=1.318。对i的最大相对误差＝%6.0%100)(maxi。（2）由xxxxy318.01318.1)1(1得出如下数据：t,℃113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.0x10.8370.6920.5580.4400.3210.2010.0950y10.8710.7480.6250.5090.3840.2490.1220各组yi值的最大相对误差=iyymax)(0.3%。3.已知乙苯(A)与苯乙烯(B)的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算:95.5947.32790195.16ln0TpA72.6357.33280195.16ln0TpB式中0p的单位是mmHg,T的单位是K。问:总压为60mmHg(绝压)时，A与B的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？解：由题意知TA=0195.1660ln47.327995.59334.95K＝61.8℃TB=0195.1660ln57.332872.63342.84K=69.69℃65℃时，算得0Ap＝68.81mmHg；0Bp=48.93mmHg。由0ApxA＋0Bp（1－xA）=60得xA＝0.56，xB=0.44;yA=0ApxA/60=0.64;yB=1-0.64=0.36。4无35若苯—甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分率），试根据本题中的t—x—y关系求：（1）溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；（2）溶液加热到100℃，这时溶液处于什么状态？各相的量和组成为若干？（3）该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气？这时蒸气的瞬间组成如何？toC80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4110.2580.1300y1.0000.9000.7770.6320.4560.2620解：（1）由苯—甲苯的t—x—y关系得x=0.4时，泡点温度＝95.5℃平衡蒸气的瞬间组成＝0.615（2）溶液加热到100℃时处于气液混合共存区气液相组成各位x=0.26；y=0.47。根据杠杆原理，气液相量之比＝4.047.026.04.0＝2:1。（3）由气液平衡关系知溶液加热到102℃时才能全部气化为饱和蒸气，此时y=0.4。6常压下将含苯（A）60%、甲苯（B）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率—气化率（1-q）为0.30。物系相对挥发度=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？提示：若原料液、平衡液、气相中A的摩尔分率分别以xF、x、y表示，则存在如下关系：11qxqqxyF。解：（1）闪蒸由23711xqxxqqyF和xxy)1(1，解方程得x＝0.54。从而y＝0.74。（2）简单蒸馏4由方程FWWFxxxxWF11lnln11ln和DWFDxWxFx得出Dx=0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79％。7．某二元物系，原料液浓度xF=0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度xD=0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率=0.92，求塔底产品浓度xW。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。解：由DWFDxWxFx和92.0FDFxDx得出Wx=0.056。8有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸气进料。原料处理量为每小时l00kmol，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:（1）塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)；（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量;（3）提馏段操作线方程;（4）若全塔平均相对挥发度=3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6,求离开塔顶第二块板的气相组成。解：（1）由精镏段方程DxRxRRy111及已知的精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15得出833.01RR和1RxD＝0.15，解得R＝5，xD＝0.9，xW=0.1（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V＝(R+1)D=300（kmol/h）。（3）提镏段操作线方程WxWqFLWxWqFLqFLy＝1.25x－0.025。（4）求离开塔顶第二块板的气相组成2yEML=11xxxxDD＝0.6，又1x＝)1(111yyy＝1123yy＝DDxx23=0.75解得1x＝0.81又由物料平衡得2y＝1y－VL(xD－1x)＝0.9－1RR（0.9－0.81）＝0.825。59有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时l000kmol，塔顶、塔底产品量各为500kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.86x+0.12，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:（1）回流比R、塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)；（2）.精馏段上升的蒸气量qn(V)及提馏段下降的液体量qn(L’)（3）提馏段操作线方程；（4）若相对挥发度=2.4，求回流比与最小回流比的比值：minRR。解：（1）回流比R、塔顶、塔底产品组成DxRxRRy111＝0.86x＋0.12，解得R＝6.14，xD＝0.857，xW=0.143。（2）精馏段上升的蒸气量qn(V)及提馏段下降的液体量qn(L’)L’＝L＝RD=3070kmol/h，V＝（R＋1）D＝3570kmol/h。（3）提馏段操作线方程WxRxRRy111＝1.19x－0.02（4）minR＝11111FDFDyxyx＝1.734所以minRR＝3.54。10某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段：y=0.723x+0.263提馏段：y=1.25x-0.0187若原料液于露点温度下进入塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。解：由题意知1RR＝0.723，所以R=2.611RxD＝0.263，所以Dx=0.95。由y＝Wx＝1.25Wx-0.0187得出Wx＝0.0748。因为露点进料，q线方程为：y=Fx。由q点坐标（解两段操作线方程）x=0.535,y=0.65，得Fx＝0.65611.用一连续精馏塔分离由组分A，B所组成的理想混合液，原料液中含A0.44，馏出液中含A0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。解：平衡线方程为：y＝xx)1(1＝xx5.115.2。精镏段操作线方程为：DxRxRRy111＝0.62x＋0.364。所以q点坐标为：x=0.365，y＝0.59因为x=0.365Fx＝0.44,y＝0.59Fx，所以原料为气液混合物。由q线方程可得Fx＝（1－q）y＋qx，解得q＝0.667。12无13在常压连续精馏塔中，分离苯—甲苯混合液，若原料为饱和液体，其中含苯为0.5，塔顶馏出液中含苯0.9，塔底釜残液中含苯0.1（以上均为摩尔分率）,回流比为4.52，试求理论板层数和加料板位置。物系平衡资料见题7。解：按M-T图解法求理论板层数。图示步骤略。精镏段操作线截距＝1RxD＝152.49.0＝0.163。绘得的理论板层数为：N＝16。加料板为从塔顶往下的第三层理论板。14在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇—水混合液。饱和液体进料，直接蒸气加热。若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99，试求（1）在无限多层理论板层数时，计算每摩尔进料所需蒸气量；（2）若蒸气量取为2倍最小蒸气量时，求所需理论板层数及两产品的组成。假设塔内气液恒摩尔流动。常压下气液平衡资料列于例1-5题附表中。解：由方程F＋V0=D+W和FFx=DDx+WWx及DDx＝0.99FFx解得Wx=0.00033。（1）在无限多层理论板层数时的操作线斜率为：7WFWFWFFxxyyxxyVFVWmin0min0，直接蒸汽加热，Wy=0。由平衡数据查得，Fx=0.033，Fy＝0.270，所以解得min0V＝0.121（mol/mol进料）。（2）0V＝2min0V时所需理论板层数及两产品的组成显然D=0V,FDFxDx=FDxx242.0=0.99，所以Dx=0.135。图解法求得理论板层数为5（图解法略）。15在连续操作的板式精馏塔中分离苯—甲苯混合液。在全回流的条件下测得相邻板上的液体组成分别为0.28，0.41和0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率。操作条件下苯—甲苯混合液的平衡资料如下。x0.260.380.51y0.450.600.72解：在全回流操作时，1ny＝nx。由板效率定义知Em,v=11nnnnyyyy，3y＝2x＝0.41，2y＝1x＝0.57。由表查得2y＝0.628。所以Em,2=3232yyyy=0.73=73％。同理Em,3=67％。16.有一精馏塔，已知塔顶馏出液组成xD=0.97（摩尔分数），回流比R=2，塔顶采用全凝器，泡点回流，其气液平衡关系为xxy14.114.2，求从塔顶数起离开第一块板下降的液体组成x1和离开第二块板上升的气相组成y2。解：由xxy14.114.2推出yyx14.11由于1y＝xD=0.97，所以x1＝0.75。故2y＝1y－1RR(xD－1x)=0.82。817—19无第二章吸收暂无第五章干燥1无5-21.0133×105Pa（1个大气压）、温度为50℃的空气，如果湿球温度为30℃，计算：（1）湿度；（2）焓；（3）露点；（4）湿比容解：1、H=0.021,I=116kJ/kg,td=25˚C12.0273273504.2218021.0921vH5-3已知一个干燥系统的操作示意图如下：在I－H图中画出过程示意图求循环空气量qm,L解：示意图，见右图1HHqCAL,mh/50kg0.01-0.03